基于旅檢樓建筑給排水工程的設計與分析

吳良敏

（福建省交通規劃設計院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

隨著城市化建設步伐的加快，建筑規模與數量均呈明顯上升趨勢，其中包括旅檢樓建筑。新時期下，功能性需求日益膨脹，對于旅檢樓給排水工程，不僅要保證用水穩定，還要具有節能降耗功能特點，故有關于建筑工程給排水設計要求日益升高。涂敏等[1]以長沙黃花國際機場T3航站樓為例，通過介紹建筑給排水BIM正向設計過程，闡述了BIM技術在航站樓給排水設計中的應用、問題及對策。周逢源等[2]通過結合給排水項目實例，從全專業協同設計理念出發落實設計，發現這一理念對設計優化具有重要價值，給出全新的設計流程與內容。王希誠等[3]以港珠澳大橋海珠口岸旅檢樓A區建筑為例，立足于復雜的建筑功能闡述了疊壓供水選型計算、污水自循環供氣系統設計等。本人在此基礎上。以牛頭灣旅檢樓建筑給排水工程為例，通過做出系統、附屬配套設計等改進措施，得到減少水資源浪費、提高供水穩定性等效果，具有應用價值。

1 旅檢樓建筑給排水工程設計現狀

1.1 工程概況

案例工程位于福州市牛頭灣，旅檢客運大樓為多層公共建筑，鋼筋混凝土框架與局部鋼屋蓋結構，占地面積10 830.15m2，建筑面積13 882.52m2，建筑層數2層，建筑高度20.3m。耐火等級與屋面防水等級分別為二級和一級。建筑功能包括：建筑一層具有行李托運功能，功能空間有行包房、候船廳、檢測通道、配電房、發電機室、消控室、設備間、檢測部門用房等；建筑二層為空調機房、檢測部門用房等。

1.2 給排水設計現狀

1.2.1 生活給水系統設計

案例工程中，生活用水來源為施工場地北側市政自來水，根據建筑用水需求，最高日生活用水量與最大時用水量分別設計為60m3/t、6.25m3/t。

1.2.2 排水與雨水系統設計

在節能環保要求下，案例工程排水系統采用雨污分流制。圍繞項目最高日生活排水量采用針對性方法預處理污水。其中，生活污水經化糞池簡易處理后排入污水處理池，處理后排入市政污水管道，最后由市政統一處理后排放；檢驗檢疫廢水及入境衛生間排水設置專門化糞池，由相關部門另行處理。雨水系統以虹吸設計為主，以重力排水為輔，按照國標09S302安裝87型屋面雨水斗。屋面雨水用雨水斗匯集經雨水管排至室外雨水系統，接入雨水檢查井，匯集后統一排至市政雨水管。

1.2.3 消防給排水系統設計

為滿足建筑項目自動噴水滅火，以及室內、室外消火栓用水量需求，消防用水總量設計為612m3，室內、室外、自動噴淋分別為144m3、288m3、180m3。選擇場地內市政水，室外設房及室內外消防水池612t（分兩格），供室內外消防、自動噴用水。室內消火栓采用臨時高壓給水系統設計，消火栓充實水柱13m；室外消火栓由低壓壓力開關連鎖啟動，于室外消防水池處設計取水口，供消防車使用。

1.2.4 自動噴淋系統設計

設計選用閉式自動噴淋系統，由報警閥壓力開關啟動、關閉。連接設計消防中心與自控線路。案例項目按危險Ⅰ級設計，噴水強度、作用面積分別為6L/min、160m2。本樓噴系統設計流量50L/S，入口壓0.85MPa。噴淋設施底部設置排渣和泄水閥，各層噴淋干管貼梁底水平安裝敷設，無吊頂場所采用直立型噴頭，朝上安裝；有吊頂場所采用吊頂型噴頭，噴頭濺水盤與頂板距離為75～150mm，噴頭動作溫度采用68℃，連接噴頭的短立管管徑不應小于DN25。

2 旅檢樓建筑給排水工程設計難點

（1）生活給水系統方面，項目所在區域存在市政供水周期性不足的問題，這是因為下港區為新區，供水能力有限，市政供水壓力較大，在用水高峰期（6～8am；19～22pm）極易出現供水不足或是疊壓供水現象。

（2）部分給排水管道需要穿過樓板，包括本樓的給水干管、立管等，一旦建筑出現不規則沉降，將對給排水管道造成質量損傷，影響給排水的順利運作。

（3）對于旅檢大樓屋面雨水排水設計來說，本次案例工程采用虹吸系統，主要通過雨水斗匯集經雨水管排至室外雨水系統，然后接入雨水檢查井，匯集后統一排至市政雨水管。但是在實際排水期間，工程所在地區為亞熱帶海洋性季風氣候，年平均降水量為900～2 100mm，一旦遇到暴雨天氣屋面雨水瞬時流量巨大，屋面易積水，雨水收集、利用是給排水工程設計重點。

（4）水錘現象。一般情況下，水錘現象主要出現在供水管理，是一種物理現象，一旦出現將給閥門、供水管路帶來傷害，嚴重情況下甚至會出現爆管事故。本次案例項目在給排水設計方面側重于管道防腐、消防、抗震，現有方案缺乏水錘防控設計，因此，水泵房優化設計十分必要。

3 旅檢樓建筑給排水工程設計對策

3.1 優化生活給水方式

針對這一給水環境，案例項目選擇變頻供水，緩解市政供水壓力的同時，滿足建筑用水需求，提高生活用水利用率，減少不必要的資源浪費。變頻設置設計落實于總體泵房。與此同時，按照設計需水量，設置10t水箱7個，閑時蓄水高峰期供水，并配水質檢測系統。

與此同時，基于計算進行選型優化。根據本次案例工程給排水設計現狀可知，大部分用水來源是市政用水，在給排水管線較為復雜的情況下，較為容易出現疊壓供水現象，針對這一情況，為實現節能降耗等可持續發展設計目標，在實際設計與施工過程中，設計人員需落實規范的選型設計，在不增加市政管網供水壓力的基礎上，滿足建筑用水需求。比如，可設計選用無負壓供水設備，作為一種加壓供水機組，設計使用時可直接與場地內外的市政供水管道相連接，在市政管網現有壓力的作用下串聯疊壓供水，一方面保證市政管網壓力不小于設定保護壓力（設定壓力必須高于小區直供區壓力需求），另一方面不影響附近用戶用水的前提下實現安全可靠的供水，具有良好的節能效果。除此之外，為避免給水資源浪費，在疊壓供水設計過程中，設計人員可選用調節水箱式，豐富供水形式，提高給水靈活性。需要注意的是，在對疊壓供水設備規格類型進行選擇時，應以《建筑給水排水設計標準》（GB 50015-2019）為標準，計算項目工程生活給水設計秒流量、給水當量數、疊壓供水系統變頻泵揚程等，通過規范計算得到準確參數規格實現合理選型應用。

3.2 防沉降設計措施

為避免建筑地基對給排水系統管道造成質量破壞，減少后續維護成本，案例項目在給排水系統設計過程中，應在出戶管接入檢查井的進入點預留沉降的余地[1]。設計時可從管道材料的角度入手，比如選用使用便利且適用性良好的不銹鋼金屬軟管，將其作為出管材質，進而強化給排水系統管道的抗地質沉降和抗拉性能；或是為出戶管安裝防沉降套管配件，適用于無壓小管道。除此之外，案例項目還可以調整設計內容，比如：（1）根據《建筑給排水設計規范》相關要求，嚴格落實建筑基礎與室外檢查井之間的距離要求后，考慮在進、出戶管建筑位置設置專用防沉降井，井中放置軟性防水填料，可與結構同時沉降，與此同時在距離建筑外墻1m的位置進行不銹鋼金屬軟管的設置，優化閥門井與室外水表井，需要注意的是，設置軟管時，不可使其彎曲角度超過6°。（2）圍繞排水管道，在其出戶后將彎頭下方連接直管，并將其插入特殊防沉降套管配件。相較于方法（1），方法（2）原理簡單、成本低廉，但易造成排水管埋深較大，且管道縫隙處易滲漏，因此最好將其應用于DN100以下污水、廢水等無壓排水管道[2]。

3.3 屋面虹吸雨水設計

在本次案例工程中，虹吸雨水系統的匯水面積主要按照匯水面積按照屋面的水平投影面積計算，高出屋面部分的側墻面積的相關規定折算為匯水面積。根據當地暴雨重現期（P=50年），若是暴雨時間為5min，那么其強度（q5）為7.14L/S·100m2，設計要以這一數據為指標，因而出戶管算至排出管出建筑外墻5m。在該情況下，屋面的虹吸雨水系統、110型雨水斗、90型雨水斗分別為8、16、8個。實際設計中，于相互連接的天溝內設置這一系統，虹吸雨水斗應保持水平狀態，相鄰的雨水斗間距控制在20m以內，被結構梁斷的雨水溝每段均有雨水斗。選用不銹鋼材質與鋁合金材質分別設計虹吸雨水斗主體和導流罩，選用螺紋絲扣連接HDPE和雨水斗，為確保進水水位的同一性，應在同一水平面上安裝虹吸雨水斗斗體（同一懸吊管狀態）。獨立系統單獨排出不同高度、不同結構形式匯集而來的雨水，水平懸吊系統要求具有足夠的強度以支持管道和流體的重量，及在高速水流和管道因溫差而產生變形應力的沖擊下有良好的防晃、抗震及吸收應力等功能。此外，屋面虹吸雨水設計過程中，設計人員還要做好水力計算校核，確保系統管道內最大設計負壓絕對值、各虹吸雨水斗至系統過渡段總水頭損失允許誤差分別小于等于10KPa和80KPa。水平懸吊管設計流速為大于等于1.0m/s，立管設計流速不大于10m/s[3]。懸吊管這一固定系統安裝要求如表1所示。

表1 固定系統安裝要求

除此之外，虹吸系統包括由天溝內虹吸雨水斗、虹吸排水懸吊管、立管、水平干管等，其中，水平懸吊管與立管的安裝要求如表2所示。

表2 水平懸吊管與立管安裝要求

3.4 泵房水錘預防設計

由于案例工程所在地區多降雨，為避免泵房出現水錘現象，在項目給排水工程中，還應落實規范的泵房水錘預防設計，以此保證給排水系統安全、穩定運行。具體預防設計措施可總結為：

（1）設計使用變頻調速恒壓控制工藝。圍繞案例工程項目，天氣的變化將為給排水系統帶來差異化的運行情形，進而導致供水管網壓力時高時低，在水泵頻繁工作的情況下，供水管網難免出現波動影響，進而為水錘現象的出現埋下安全隱患。在當前時代背景下，為實現此類情況的有效、自動化控制，可結合使用BIM、PLC等技術，利用自動化、信息化控制系統，基于管網合理壓力調整其頻率，確保水泵水流量一直在管網要求范圍以內，提高壓力變動平穩性，實現恒壓供水。

（2）設計使用泄壓保護技術。超壓排流閥具有泄壓保護作用，而該作用的發揮離不開系統工作壓力的準確設定，通過輸入參數值，一旦系統監測到管路壓力大于設置參數，排水口將自動開啟保護。與此同時，圍繞消防水泵設計選用超壓排流閥，當管路處于小流量狀態時，避免其出現超壓狀態。

（3）設計選用合適的止回閥。為實現對泵房水錘現象的有效預防與控制，同時降低水錘現象的影響，設計人員還可以通過止回閥的合理選用降低壓力影響，比如緩閉式止回閥，以此有效緩解水錘現象。根據實際需求，還可以設計選用速閉式止回閥，一旦電泵處于零工況狀態，閥門將直接關閉，進而有效緩沖回流水柱，從根本上避免水錘現象的生成。

4 結論

綜上所述，圍繞建筑實例給排水工程設計應從實際出發，做好消防、生活等給水系統設計以及雨水、污水等排水設計。

（1）生活用水給排水設計方面，可選用選擇變頻供水，滿足用水需求的同時緩解市政壓力；

（2）做好防沉降等安全用水、無污染排水等保障類設計；（3）科學計算選型并優化，比如疊壓供水設計；

（4）落實屋面虹吸等水資源利用設計，減少資源浪費；

（5）結合氣候與地理位置落實水錘設施等，以此滿足建筑用水、排水需求，提高工程施工質量。